JPS6231282B2 - - Google Patents

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JPS6231282B2
JPS6231282B2 JP6754279A JP6754279A JPS6231282B2 JP S6231282 B2 JPS6231282 B2 JP S6231282B2 JP 6754279 A JP6754279 A JP 6754279A JP 6754279 A JP6754279 A JP 6754279A JP S6231282 B2 JPS6231282 B2 JP S6231282B2
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JP
Japan
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light
filter
optical
measuring device
light source
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Application number
JP6754279A
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Japanese (ja)
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JPS54158954A (en
Inventor
Burogaruda Torugunii
Sutensurando Reifu
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ABB Norden Holding AB
Original Assignee
ASEA AB
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Filing date
Publication date
Application filed by ASEA AB filed Critical ASEA AB
Publication of JPS54158954A publication Critical patent/JPS54158954A/en
Publication of JPS6231282B2 publication Critical patent/JPS6231282B2/ja
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    • G01H9/004Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • G01H9/006Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors the vibrations causing a variation in the relative position of the end of a fibre and another element
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/268Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
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    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/342Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells the sensed object being the obturating part
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    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、位置、速度、加速度、力、圧力、伸
び、温度などの物理量を測定するオプテイカル測
定装置であつて少なくとも1つのオプテイカルフ
アイバを備えて電子ユニツトEと変換器Gとの間
に光を伝導し、この変換器に備えられているオプ
テイカル変調器が問題となつている測定量によつ
て直接にあるいは間接に作用されてこれに依存し
てこの変換器へ放射された光を変調するようにな
つているとしたオプテイカル測定装置に関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to an optical measuring device for measuring physical quantities such as position, velocity, acceleration, force, pressure, elongation, and temperature, which comprises at least one optical fiber. transmits light between the electronic unit E and the transducer G, and an optical modulator provided in this transducer is actuated directly or indirectly by the measurand quantity in question. The present invention relates to an optical measuring device which is adapted to modulate the light emitted to the transducer depending on the transducer.

(従来の技術) フアイバオプテイカルアナログ変換器に関する
主な問題はフアイバとオプトコンポーネントとの
安定性を得ることが相当困難であるということで
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION A major problem with fiber-optic analog converters is that it is quite difficult to obtain stability between the fiber and the opto-component.

(発明の要約) 本発明の目的はこれらの問題や、上に述べた種
類の測定装置において関連している別の問題に対
する解決を提供することである。本発明による測
定装置は使用されている光のスペクトル内におい
てスペクトルで変わる吸収、透過、反射のうちの
少なくとも1つの作用を有する少なくとも1つの
オプテイカルフイルタを変換器が備えているこ
と、及び前記少なくとも1つのフイルタは、前記
変換器から出射された光の中にあつて、フアイバ
オプテイツクの変化を補償するために、1つの波
長領域内に、少なくとも1つの安定化信号を、ま
た異なる他の波長領域内に、少なくとも1つの測
定信号を、それぞれ発生するようになつており、
当該安定化信号は、当該測定信号よりも測定され
る物理量に依存しにくいようになつていることを
特徴とする。この種類の測定装置は安定しており
またフアイバオプテイカル変換器に対して一般的
な応用がきくものである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the invention to provide a solution to these and other related problems in measuring devices of the type mentioned above. The measuring device according to the invention is characterized in that the transducer is equipped with at least one optical filter having at least one of spectrally variable absorption, transmission and reflection effects within the spectrum of the light used; A filter transmits at least one stabilizing signal within one wavelength range and at a different wavelength in order to compensate for changes in fiber optics in the light emitted from the converter. each is adapted to generate at least one measurement signal within the region;
The stabilization signal is characterized in that it is less dependent on the physical quantity to be measured than the measurement signal. This type of measuring device is stable and has general application to fiber optical transducers.

このようにして安定した測定及び測定の高度の
精密さを得ることができる。
In this way stable measurements and a high degree of precision of the measurements can be obtained.

別の好ましい実施例においては、フアイバは電
子ユニツトにおける少なくとも1つの光源からの
光を変換器に伝導し、これと同じく変換器からの
光を電子ユニツトにおける1つか2つ以上の光検
知器に伝導するようになつており、この変換器は
少なくとも1つのオプテイカル干渉フイルタを備
えこのオプテイカル干渉フイルタは被測定物理量
によつて直接にかあるいは間接に影響を受けまた
この物理量の作用を受けて変換器における光を変
調する。本発明は前記物理量が前記干渉フイルタ
を構成している干渉層における光のオプテイカル
波長に影響を及ぼすようになつていることを特徴
とする。このことは透過及び反射スペクトルの動
きに帰着し、これは、測定光の波長を適切に選択
することに基づいて、電子ユニツトEにおいて測
定成分及び安定化成分のいずれもに分割すること
のできる光の信号を発生させることになる。
In another preferred embodiment, the fiber conducts light from at least one light source in the electronic unit to a converter and also conducts light from the converter to one or more photodetectors in the electronic unit. The transducer includes at least one optical interference filter, which is influenced directly or indirectly by the physical quantity to be measured, and which is influenced by the physical quantity to be measured so that the transducer has at least one optical interference filter. Modulate light. The present invention is characterized in that the physical quantity influences the optical wavelength of light in an interference layer constituting the interference filter. This results in a movement of the transmission and reflection spectra, which, based on a suitable selection of the wavelength of the measuring light, can be split into both measuring and stabilizing components in the electronic unit E. This will generate a signal.

(実施例) 本発明は添付図面においてより詳細にわたつて
例示されている。
EXAMPLES The invention is illustrated in more detail in the accompanying drawings, in which: FIG.

第1図には本発明による測定装置が図示されて
おり、これに備えられている2つの光源1及び2
は波長の異なる分布の(波長λおよびλにお
いて、それぞれ最大となる)光を光伝導フアイバ
3及び4にそれぞれ放出し、2つの分岐からの光
は、フアイバ5において1つになるようになつて
いる。電子ユニツトは破線の長方形Eによつて画
定されまた変換器は四角Gによつて画定されてい
る。フアイバ5から光の1部はフアイバ6を通し
て、電子ユニツトE内の光検知器18に通され、
さらにこの光検知器の光電流は19によつて増幅
されて基準電圧21(Vref)とともに差形成器
20に供給され、さらにこの差によつて調整器2
2への誤差信号が構成されスイツチ23の位置に
よつて駆動回路24を通して発光ダイオード1
が、あるいは駆動回路25を通して発光ダイオー
ド2が調整される。この調整によつて発光ダイオ
ード1及び2からの光の強さの関係を一定に保つ
ことが確保される。スイツチ23は2つの位置の
間で発振器17によつて調節される。フアイバ5
によつて発光ダイオード1及び2からの光はフア
イバ7に通される。フアイバ7は光を変換器Gに
伝導し、変換器Gにはこの図において光を導入す
るフアイバ7と光を外へ伝導するフアイバ10と
の間のギヤツプ8にオプテイカルフイルタ9が設
けられており、またフアイバ10は光を変換器G
から電子ユニツト内の光検波器11に通す。光検
知器11の出力信号は増幅器12で増幅され、さ
らにスイツチ26によつてこの出力信号は、スイ
ツチ23が発光ダイオード1及び2にそれぞれ切
換えるのと同じ割合でサンプルホールド回路13
及び14に交互に供給される。スイツチ26は、
スイツチ23と同様に発振器17によつて調節さ
れる。このようにして回路13の出力は光伝導体
3,5,7,10及び変換器Gの通過後の発光ダ
イオード1からの光の強さの値を入力し、また回
路14の出力は光伝導体4,5,7,10及び変
換器Gを通過後の発光ダイオード2からの光の強
さの値を入力することとなる。変換器においてオ
プテイカルフイルタ9の位置は問題となつている
測定量(位置、速度、加速度、力、圧力、伸び、
温度、など)によつて変化し、さらにフイルタ9
を選択することによつて発光ダイオード1からの
光は発光ダイオード2からの光よりもフイルタ9
の動きによつてさらに強く影響されるようにな
り、除算回路15における商の形成後、信号が得
られるが、この信号は測定量には依存しているが
測定装置におけるフアイバオプテイツク及びオプ
トエレクトロニクスのパラメータ変化には無関係
である。除算回路15からの出力信号は記録すな
わち指示装置16に供給され、このようにして測
定量が示される。
FIG. 1 shows a measuring device according to the invention, which is equipped with two light sources 1 and 2.
emits light with different distributions of wavelengths (maximum at wavelengths λ 1 and λ 2 , respectively) into photoconducting fibers 3 and 4, respectively, and the lights from the two branches are merged into one at fiber 5. It's summery. The electronic unit is defined by the dashed rectangle E and the transducer by the square G. A portion of the light from fiber 5 is passed through fiber 6 to a photodetector 18 in electronic unit E;
Further, the photocurrent of this photodetector is amplified by 19 and supplied to a difference generator 20 together with a reference voltage 21 (V ref ), and this difference is further used as a regulator 2.
An error signal to the light emitting diode 1 is configured and transmitted to the light emitting diode 1 through the drive circuit 24 depending on the position of the switch 23.
Alternatively, the light emitting diode 2 is adjusted through the drive circuit 25. This adjustment ensures that the relationship between the light intensities from the light emitting diodes 1 and 2 remains constant. Switch 23 is adjusted by oscillator 17 between two positions. fiber 5
The light from the light emitting diodes 1 and 2 is passed through the fiber 7. The fiber 7 conducts the light to a converter G, which in this figure is provided with an optical filter 9 in the gap 8 between the fiber 7 introducing the light and the fiber 10 conducting the light out. The fiber 10 also converts the light into a converter G.
The signal is then passed through a photodetector 11 in the electronic unit. The output signal of the photodetector 11 is amplified by the amplifier 12, and the output signal is further amplified by the switch 26 to the sample and hold circuit 13 at the same rate as the switch 23 switches the light emitting diodes 1 and 2, respectively.
and 14 alternately. The switch 26 is
Like switch 23, it is regulated by oscillator 17. The output of the circuit 13 thus inputs the value of the intensity of the light from the light emitting diode 1 after passing through the photoconductors 3, 5, 7, 10 and the converter G, and the output of the circuit 14 inputs the value of the intensity of the light from the light emitting diode 1 after passing through the photoconductor The value of the intensity of the light from the light emitting diode 2 after passing through the bodies 4, 5, 7, 10 and the converter G is input. The position of the optical filter 9 in the transducer determines the measurement quantity in question (position, velocity, acceleration, force, pressure, extension,
temperature, etc.), and the filter 9
By selecting
, and after the formation of the quotient in the divider circuit 15 a signal is obtained which, depending on the measured quantity, is influenced by the fiber optics and optoelectronics in the measuring device. is unrelated to parameter changes. The output signal from the divider circuit 15 is fed to a recording or indicating device 16, thus indicating the measured quantity.

フアイバオプテイツクにおけるマイクロベンデ
イング変化に対する完全な補償を提供するための
上述の方法における1つの条件は、同じモードの
光が発光ダイオード1及び2のいずれもから得ら
れるということである。というのはそうでないと
マイクロベンデイングは2つの発光ダイオードか
らの光に異なつて影響を及ぼすことになり、その
結果15による商が一定にならないからである。
モードを同一にするために、放射の同じ空間的な
分布を備えた発光ダイオードを選択し、またでき
る限りモード・ミクシングをフアイバ3及び4の
適切なベンデイングによつて実施する。モード・
ミクシングとは、互いに異なるモードを混ぜるこ
とによつて、ライトガイド内におけるモード分布
を変化させることをいう。好都合に画定された光
分布を備えた発光ダイオードを使用するならば、
これらは第1a図から明らかであるように、フア
イバ5の端の前に相互に隣接させて取り付けるこ
とができる。このことによつてフアイバオプテイ
カルの分岐化はよけいなものとなる。同様に、フ
オトダイオード18を発光ダイオード1及び2の
近傍に置くこともできるので、こうしてフアイバ
6はいらなくなる。フアイバ5の端はできれば発
光ダイオードの前において円錐形にして光を多く
受けるようにするとよい。発光ダイオードの波長
分布を一定にすることを確実にするためには、発
光ダイオードの温度を安定させるために温度調節
器を使用するとよい。
One condition in the above method to provide complete compensation for microbending changes in the fiber optic is that the same mode of light is obtained from both light emitting diodes 1 and 2. This is because otherwise the microbending would affect the light from the two light emitting diodes differently, so that the quotient by 15 would not be constant.
In order to make the modes identical, light emitting diodes with the same spatial distribution of radiation are selected and mode mixing is carried out as far as possible by suitable bending of the fibers 3 and 4. mode·
Mixing refers to changing the mode distribution within the light guide by mixing different modes. If we use a light emitting diode with a conveniently defined light distribution,
These can be mounted next to each other in front of the ends of the fibers 5, as is clear from FIG. 1a. This makes it difficult to branch out fiber optics. Similarly, the photodiode 18 can also be placed in the vicinity of the light-emitting diodes 1 and 2, thus eliminating the need for the fiber 6. The end of the fiber 5 is preferably conical in front of the light emitting diode to receive more light. In order to ensure that the wavelength distribution of the light emitting diode is constant, a temperature regulator may be used to stabilize the temperature of the light emitting diode.

第1b図は温度調節器を図示しているが、これ
は光源の温度かあるいは光源からの光のスペクト
ル分布かのいずれかによつて調節できるものであ
る。後者の調節の方法は第1b図に図示されてい
るが、光源1からの光の1部は、フアイバ5及び
フアイバ5と7との間の部分によつて、フイルタ
81を通つて光検波器82に送られている。フイ
ルタ81はその透過曲線が上昇傾斜部、または下
降傾斜部を有し、この傾斜部が光源1の光スペク
トルの曲線と交差するよう選択し、こうして光源
1のスペクトルの変化が検知器82の光電流の変
化に帰着するようにする。所望の温度安定化は増
幅器83、差形成器84及び調整器85、及び駆
動回路86を通つてペルチエ素子87までの帰還
回路によつて得られる。第1b図はさらに1つの
光源がこの装置に必要とされているさまざまな波
長領域を発生させるのにいかに使用できるかを示
している。スイツチ23が下方位置にある時、1
からの光はV1refに対応する値に調節され、これ
によつて1は発光ダイオードとして動作して広範
囲のスペクトル光を放射し、このようにして光は
光変調フイルタ9において反射されかつ透過され
るが、このフイルタ9は干渉型のものであるとす
る(第1図を見よ)。このスイツチが上の位置に
ある時、光は(V1ref+V2ref)に対応する値に調
節され、これによつて1はレーザーダイオードと
して動作し、フイルタの選択に依存して、フイル
タ9において反射されるかあるいは透過される幅
の狭いスペクトルを放射する。
FIG. 1b illustrates a temperature regulator that can be adjusted either by the temperature of the light source or by the spectral distribution of the light from the light source. The latter method of adjustment is illustrated in FIG. 1b, in which a portion of the light from the light source 1 is passed through a filter 81 by the fiber 5 and the portion between fibers 5 and 7 to the photodetector. It has been sent to 82. The filter 81 is selected such that its transmission curve has an upward slope or a downward slope, and this slope intersects the curve of the light spectrum of the light source 1, so that changes in the spectrum of the light source 1 are reflected in the light of the detector 82. This results in a change in current. The desired temperature stabilization is obtained by a feedback circuit through an amplifier 83, a difference former 84 and a regulator 85, and a drive circuit 86 to a Peltier element 87. Figure 1b further shows how one light source can be used to generate the various wavelength ranges required for this device. When the switch 23 is in the lower position, 1
The light from 1 is adjusted to a value corresponding to V 1ref so that 1 acts as a light emitting diode and emits a wide spectrum of light, and in this way the light is reflected and transmitted in the light modulating filter 9. However, it is assumed that this filter 9 is of an interference type (see FIG. 1). When this switch is in the upper position, the light is adjusted to a value corresponding to (V 1ref +V 2ref ), whereby 1 behaves as a laser diode and, depending on the filter selection, is reflected at the filter 9. emit a narrow spectrum that can be transmitted or transmitted.

これは、スイツチ23が下方位置にあるとき、
光源1の電流は閾値以下の値であるので、該光源
は発光ダイオードとして働き、スイツチ23が上
方位置にあるとき、光源1の電流は閾値以上の値
であるので、該光源はレーザダイオードとして働
くからである。
This means that when the switch 23 is in the lower position,
Since the current of the light source 1 is below the threshold value, the light source works as a light emitting diode, and when the switch 23 is in the upper position, the current of the light source 1 is above the threshold value, so the light source works as a laser diode. It is from.

異なる時間に異なるスペクトルを発生させるに
は、いわゆる同調可能ダイオードレーザーを使用
することもできる。ダイオードレーザーの波長を
フイルタ9(第1図を見よ)のスペクトル透過端
を通して変調させることにより、このフイルタの
動きに多少依存している光の信号が得られこの光
の信号はすでに説明したように測定装置を安定さ
せるのに使用することができる。
So-called tunable diode lasers can also be used to generate different spectra at different times. By modulating the wavelength of the diode laser through the spectral transmission end of filter 9 (see Figure 1), an optical signal is obtained which is somewhat dependent on the movement of this filter, and this optical signal is as described above. It can be used to stabilize the measuring device.

第1図はオプトエレクトロニクス及びフアイバ
オプテイツクの安定化が2つの発光ダイオードの
時間多重送信と、2つの発光ダイオードから発せ
られ変換器を通した光の成分の間の商の形成とに
よつて得られる構成を図示している。第2図にお
いては時間多重送信の代わりに周波数多重送信に
よつて、かつ商形成の代わりに増幅調節によつて
安定化が実施されている。発光ダイオード1及び
2からの光はここにおいて別々のオプテイカルフ
イルタ27及び28をそれぞれ貫通し、フアイバ
3及び4を通してフアイバ5に統合される前に好
都合に分かれているスペクトル分布(それぞれ波
長λ及びλにおいて最大値をとる)を得るよ
うになつている。第1図の場合と同様に、フアイ
バ5からの光の1部はフアイバ6を通して光検知
器18に送られ、この光検知器18の出力信号は
19によつて増幅される。発光ダイオード1及び
2はそれぞれ発振器40及び41によつて異なる
周波数及びに変調され、それゆえ19か
らの出力信号は帯域フイルタ33及び34によつ
て2つの成分に分割することができる。ここにお
いて33からの出力信号は発光ダイオード1から
発せられたものであり、また34からの出力信号
は発光ダイオード2から発せられたものである。
回路35及び36における復調の後、2つの成分
の差は37において得られ調整器38に供給さ
れ、これは37からの出力信号がゼロに保持され
るように調節可能増幅器39を調節する。このよ
うにして発光ダイオード1及び2の一致が得られ
る。フアイバ5からの光の1部はフアイバ7を通
して変換器32に送られるが、この変換器32は
この場合、反射、圧力感知薄膜31を備えた圧力
変換器を備えている。この薄膜31とフアイバ7
の端面との間にはオプテイカルフイルタがあり、
これは2つの発光ダイオード1及び2からの光の
変化する量を反射したり透過したりする。フイル
タ30で反射された後、あるいはフイルタ30を
透過してから反射薄膜31で反射された後、フア
イバ7へ反射して戻される光の1部はフアイバ1
0の中を通つて光検知器11に送られる。11か
らの出力信号は12において増幅されてからフイ
ルタ45及び46によつてそれぞれ発光ダイオー
ド1及び2から発せられる2つの成分に分割され
る。47における復調の後、変調周波数の信
号は49において基準信号Vrefと比較されこう
して得られた差は調整器50に供給され、この調
整器は直列接続の増幅器42及び43を調節す
る。代替的に(破線44を見よ)調整器50がス
イツチ44を通して増幅器12を調節するように
してもよい。この調節によつて測定装置における
フアイバオプテイツク及びオプトエレクトロニク
スのパラメータ変化は補償される。補償測定信号
はフイルタ46からの出力信号の変換器48によ
る復調の後に得られ、さらに測定信号は指示装置
16において読取ることができる。
FIG. 1 shows that the stabilization of optoelectronics and fiber optics can be achieved by time multiplexing of two light emitting diodes and by forming a quotient between the light components emitted by the two light emitting diodes and passed through a transducer. This figure shows the configuration that can be used. In FIG. 2, stabilization is carried out by frequency multiplexing instead of time multiplexing and by amplification adjustment instead of quotient formation. The light from the light-emitting diodes 1 and 2 passes here through separate optical filters 27 and 28, respectively, and has a conveniently separated spectral distribution (wavelengths λ 1 and 2 , respectively) before being integrated into fiber 5 through fibers 3 and 4. The maximum value is obtained at λ 2 ). As in FIG. 1, a portion of the light from fiber 5 is transmitted through fiber 6 to photodetector 18, the output signal of which is amplified by 19. Light emitting diodes 1 and 2 are modulated to different frequencies 1 and 2 by oscillators 40 and 41, respectively, so that the output signal from 19 can be split into two components by bandpass filters 33 and 34. Here, the output signal from 33 is the one emitted from the light emitting diode 1, and the output signal from 34 is the one emitted from the light emitting diode 2.
After demodulation in circuits 35 and 36, the difference between the two components is obtained at 37 and fed to a regulator 38, which adjusts an adjustable amplifier 39 so that the output signal from 37 is held at zero. In this way a coincidence of light emitting diodes 1 and 2 is obtained. A portion of the light from fiber 5 is transmitted through fiber 7 to transducer 32, which in this case comprises a pressure transducer with a reflective, pressure-sensitive membrane 31. This thin film 31 and fiber 7
There is an optical filter between the end face of the
It reflects and transmits varying amounts of light from the two light emitting diodes 1 and 2. After being reflected by the filter 30 or after passing through the filter 30 and being reflected by the reflective thin film 31, a portion of the light that is reflected back to the fiber 7 is transmitted through the fiber 1.
0 and is sent to the photodetector 11. The output signal from 11 is amplified at 12 and then split by filters 45 and 46 into two components emitted by light emitting diodes 1 and 2, respectively. After demodulation at 47, the signal at modulation frequency 1 is compared at 49 with a reference signal V ref and the difference thus obtained is fed to a regulator 50, which regulates amplifiers 42 and 43 in series. Alternatively (see dashed line 44) regulator 50 may regulate amplifier 12 through switch 44. This adjustment compensates for changes in the fiber optic and optoelectronic parameters of the measuring device. A compensated measurement signal is obtained after demodulation of the output signal from filter 46 by converter 48 , and the measurement signal can further be read in indicator device 16 .

第3図には第1図及び第2図におけるような、
光源側の代わりに検知器側において光を2つの波
長領域(重複していてもよい)に分割する構成が
図示されている。光源1からの光はフアイバ3及
びフアイバ7を通して変換器自体に伝導され、こ
の変換器は感温材料を備えており、これはフアイ
バ端にあるオプテイカルフイルタ30とミラー3
1との間のビームの通路に置かれている。この材
料は、例えば半導体でもよく、バンドギヤツプ、
従つて光の吸収が温度によつて変化するようにな
つていればよい。フイルタ30及びミラー31か
らの反射光はフアイバ7に伝導し戻されこれによ
つて光の一部はフアイバ10,56,及び57を
通つてフイルタ53及び54、さらに光検知器1
1及び51に送られる。フイルタ53はフイルタ
30に直接反射される光以上の光を通すように選
択するのに対して、フイルタ54は、フイルタ3
0を透過して、感知器55によつて作用を受けさ
らにミラー31によつてフアイバ7の中に反射し
て戻された光以上の光を通すように選択する。増
幅器12における増幅及び比較装置49における
基準信号Vrefとの比較の後、検知器11からの
出力信号は光源1を調節するために調整器50に
よつて使用されこうしてフアイバオプテイツクお
よびオプトエレクトロニクスの不安定性に対する
補償が得られる。検知器51からの信号は測定信
号を構成し、また上述の調整器50のため、オプ
トエレクトロニクス及びフアイバオプテイツクの
不安定性がもしあるならば、これへの依存度は減
ることになる。ここにおいて光源として大きな半
値幅をもつ発光ダイオードが用いられているが、
しかし代替的に別々のスペクトル分布を備え、オ
プテイツクフイルタ30,53及び54に一致す
る2つの発光ダイオードを使用してもよい。
In FIG. 3, as in FIGS. 1 and 2,
A configuration is shown in which the light is split into two (possibly overlapping) wavelength regions on the detector side instead of on the light source side. Light from the light source 1 is conducted through fibers 3 and 7 to the transducer itself, which is equipped with a temperature-sensitive material, which is connected to an optical filter 30 and a mirror 3 at the fiber end.
It is placed in the beam path between 1 and 1. This material may be a semiconductor, for example, a bandgap,
Therefore, it is only necessary that the absorption of light changes depending on the temperature. The reflected light from filter 30 and mirror 31 is conducted back to fiber 7 so that a portion of the light passes through fibers 10, 56, and 57 to filters 53 and 54 and to photodetector 1.
1 and 51. Filter 53 is selected to pass more light than is directly reflected by filter 30, whereas filter 54 is selected to pass more light than is directly reflected by filter 30.
0 and is selected to pass more light than is acted upon by sensor 55 and reflected back into fiber 7 by mirror 31. After amplification in the amplifier 12 and comparison with the reference signal V ref in the comparison device 49, the output signal from the detector 11 is used by the regulator 50 to adjust the light source 1 and thus Compensation for instability is obtained. The signal from the detector 51 constitutes the measurement signal, and because of the regulator 50 described above, reliance on optoelectronic and fiber optic instabilities, if any, is reduced. Here, a light emitting diode with a large half-value width is used as a light source.
However, as an alternative, two light emitting diodes with separate spectral distributions and corresponding to the optical filters 30, 53 and 54 may be used.

第3図による測定装置においては光検知器11
と51との間の良い一致が必要とされている。も
しこの一致が十分でないなら、電子的一致安定化
は第4図に従つて実施することができる。第4図
も光ダイオードの別の構成を図示している。駆動
回路24を通して、発振器40は光源1を変調
し、光源1はフアイバ3及び7を通して変換器に
光を放射し、変換器はオプテイカルフイルタ30
と、基底61の上に置かれているフオースセル6
0に取り付けられていて反射後方面31を備えた
感圧変調器59とを備えている。力Fは変調器5
9に機械的応力を生じ、こうして使用されている
波長領域に対して変化する吸収を引き起こすもの
とする。変調器は、例えば、圧力依存バンドギヤ
ツプを有する半導体を備えているとよい。従つ
て、変換器の作用を受けず、かつフイルタ30に
よつて反射された光は、変換器の作用を受けてか
つフイルタ30及び変調器59によつて伝送され
さらにミラー31によつて反射された光と同様
に、変換器からフアイバ7の中に戻つて来てフア
イバ7及びフアイバ10及び58の方へ進むこと
になる。フアイバ58の端面の所にはスクリーン
71によつて分けられている2つの光検知器11
及び51がある。光検知器11への光はオプテイ
カルフイルタ53を通されるが、光検知器51に
おける光はフイルタを通されない。このことは、
光源1、フイルタ30、及びフイルタ53の適切
な選択によつて、測定量が程度を変えることによ
つて光検知器11及び51に影響を及ぼすとした
ことを意味し、それぞれ62及び65においてフ
イルタを通し、それぞれ63及び66において復
調し、さらに15において商を形成した後、こう
してオプトエレクトロニクス及びフアイバオプテ
イツクの不安定性に対して補償される測定信号が
得られる。光検知器11及び51間の一致操作を
補償するために、光源2は発振器41によつて変
調された光をフアイバ4の中を通してフアイバ5
8及び光検知器11及び51へと放射する。光検
知増幅器12及び52からの出力信号は減算装置
67において比較されて、得られた信号は光源2
からの信号に関して68においてフイルタを通さ
れ、69において復調されてから調整器70に供
給され、調整器70は調節可能増幅器64を調整
して64からの出力信号が周波数の信号成分
に関する増幅器12からの出力信号に等しく保持
されるようにする。このことにより一致した検波
器チヤンネル11〜12、及び51〜64が確保
される。
In the measuring device according to FIG.
A good match between and 51 is required. If this coincidence is not sufficient, electronic coincidence stabilization can be carried out according to FIG. FIG. 4 also illustrates another configuration of the photodiode. Through the drive circuit 24, the oscillator 40 modulates the light source 1, which emits light through the fibers 3 and 7 to the transducer, which is connected to the optical filter 30.
and the force cell 6 placed on the base 61
0 and a pressure sensitive modulator 59 with a reflective rear surface 31. Force F is modulator 5
9 and thus cause a varying absorption for the wavelength range used. The modulator may, for example, comprise a semiconductor with a pressure-dependent bandgap. Therefore, light that is not acted upon by the converter and is reflected by the filter 30 is acted upon by the converter and is transmitted by the filter 30 and the modulator 59 and is further reflected by the mirror 31. Similarly to the light that is transmitted, it will return from the transducer into fiber 7 and travel towards fiber 7 and fibers 10 and 58. At the end face of the fiber 58 there are two photodetectors 11 separated by a screen 71.
and 51. Light to photodetector 11 is passed through optical filter 53, but light at photodetector 51 is not passed through the filter. This means that
By appropriate selection of the light source 1, the filter 30 and the filter 53, it is meant that the measurand quantity is to influence the photodetectors 11 and 51 to varying degrees, and the filters at 62 and 65 respectively. After demodulation at 63 and 66, respectively, and quotient formation at 15, a measurement signal is obtained which is thus compensated for optoelectronic and fiber optic instabilities. In order to compensate for the coincidence between the photodetectors 11 and 51, the light source 2 passes the light modulated by the oscillator 41 through the fiber 4.
8 and photodetectors 11 and 51. The output signals from the light sensing amplifiers 12 and 52 are compared in a subtraction device 67 and the resulting signal is applied to the light source 2.
The output signal from 64 is filtered at 68 and demodulated at 69 before being provided to a regulator 70 which adjusts the adjustable amplifier 64 so that the output signal from 64 is filtered at 68 and demodulated at 69 before being provided to a regulator 70 which adjusts the output signal from 64 to the amplifier 12 for the signal component at frequency 2 . so that it remains equal to the output signal from the This ensures matched detector channels 11-12 and 51-64.

第4図の光検知器の構成(破線の長方形で示さ
れている)の別のものとして、第4a図及び第4
b図に図示されている構成を用いることもでき
る。第4a図は同様にフアイバ58と光検知器5
1との間にあるフイルタ72を図示しており、ま
た第4b図においては光検知器11はフイルタ5
3によつて透過した光を感知するが、光検知器5
1は同じフイルタによつて反射された光を感知す
ることが図示されている。
Alternatives to the photodetector configuration of Figure 4 (indicated by the dashed rectangle) are shown in Figures 4a and 4.
The configuration shown in figure b can also be used. FIG. 4a also shows a fiber 58 and a photodetector 5.
1, and in FIG. 4b the photodetector 11 is connected to the filter 5.
The light transmitted by the photodetector 5 is detected by the photodetector 5.
1 is shown sensing light reflected by the same filter.

第5a図〜第51図には問題となつている変換
器において使用されているとよい種々の感知器構
成が簡単に図示されている。第5f図と第5j図
を除く全ての場合において、測定量は機械的動作
に変換されており、これはフイルタ付きミラーす
なわち拡散器によつて検出される。第5a図にお
いて、フイルタ30は、使用されている光の特定
の波長領域内において、主反射をもたらし、これ
は測定量からはほとんど影響を受けない基準信号
を発生させるのに利用され、さらに別の波長領域
内においては主透過をもたらし、これはミラーあ
るいは拡散器31によつて反射される測定信号を
生じる。第5a図における構成における光源及び
フイルタの選択しうる方法の1例が第6a図から
第6d図までに図示されており、これは第2図に
よる測定装置に対応している。第6a図は光源1
及び2のスペクトル分布を図示している。フイル
タ30に関する光源の重複は第6c図及び第6d
図によるフイルタ27及び28によつて減少さ
れ、これによつて光源1からの光は第6b図にお
ける反射曲線Rに従つてフイルタ30によつてわ
ずかに反射されるだけであり(第2図)、また光
源2からの光は、第6b図における透過曲線Tに
従つてフイルタ30によつてわずかに透過される
だけである。当然、フイルタ27及び28は第3
図及び第4a図による光検波器側に置くことがで
きる。フイルタは全て多重層干渉フイルタとして
適切に構成されている。
Figures 5a-51 briefly illustrate various sensor configurations that may be used in the transducer in question. In all cases except Figures 5f and 5j, the measured quantity is converted into a mechanical movement, which is detected by a filtered mirror or diffuser. In FIG. 5a, a filter 30 provides a predominant reflection within a particular wavelength range of the light being used, which is utilized to generate a reference signal that is largely independent of the measurand, and further In the wavelength range , there is a main transmission, which results in a measurement signal that is reflected by the mirror or diffuser 31 . An example of a possible selection of the light source and filter in the arrangement according to FIG. 5a is illustrated in FIGS. 6a to 6d, which corresponds to the measuring device according to FIG. 2. Figure 6a shows light source 1
and 2 are illustrated. The light source overlap for the filter 30 is shown in FIGS. 6c and 6d.
filters 27 and 28 according to the diagram, so that the light from the light source 1 is only slightly reflected by the filter 30 according to the reflection curve R in FIG. 6b (FIG. 2). , and the light from the light source 2 is only slightly transmitted by the filter 30 according to the transmission curve T in FIG. 6b. Naturally, the filters 27 and 28 are
and 4a can be placed on the photodetector side. All filters are suitably constructed as multilayer interference filters.

測定量は第5a図の矢印に従つてミラー/拡散
器31の上下方向の動作で与えるかわりに、測定
量は第5b図による横方向の動作に変換できる。
第5a図及び第5b図におけるミラー/拡散器3
1は第5c図及び第5d図によるフイルタ73に
置き替えてもよい。こうすると第7a図から第7
c図までにおけるフイルタ特性が使用できる。光
源1からの光(およそλ)はフイルタ30(第
7b図)を透過してからフイルタ73(第7c
図)によつて反射されるが、光源2からの光(お
よそλ)はフイルタ30(第7b図)によつて
反射されてからフイルタ73(第7c図)を透過
することとなる。これによつて変換器からの基準
信号及び測定信号の間の分離が改善される。
Instead of the measured quantity being provided by a vertical movement of the mirror/diffuser 31 according to the arrows in Figure 5a, the measured quantity can be converted into a lateral movement according to Figure 5b.
Mirror/diffuser 3 in Figures 5a and 5b
1 may be replaced by a filter 73 according to FIGS. 5c and 5d. In this way, from Figure 7a to Figure 7
Filter characteristics up to figure c can be used. The light (approximately λ 1 ) from the light source 1 passes through the filter 30 (Fig. 7b) and then passes through the filter 73 (Fig. 7c).
The light (approximately λ 2 ) from the light source 2 is reflected by the filter 30 (FIG. 7b) and then passes through the filter 73 (FIG. 7c). This improves the separation between the reference signal and the measurement signal from the transducer.

さらに別の変調器の構成が第5e図に図示され
ているが、ここにおいてフイルタ30及びミラー
31は移動可能である。フイルタ30は異なる波
長の光を程度を変えて反射するので、これはミラ
ーまたは乱反射器31の場合ではないが、測定信
号及び基準信号のいずれもが得られる。フアイバ
端とミラー/フイルターとの間の距離に注目する
と、これによつてフアイバからのより高いオーダ
ーのモード及び端光線がえり分けられる。
Yet another modulator configuration is illustrated in Figure 5e, in which filter 30 and mirror 31 are movable. Since the filter 30 reflects light of different wavelengths to varying degrees, both a measurement signal and a reference signal are obtained, although this is not the case with a mirror or diffuser 31. Focusing on the distance between the fiber end and the mirror/filter, this selects higher order modes and end rays from the fiber.

機械的動作の感知に加えて、第5f図における
材料74の吸収の変化を感知するためにフイルタ
技術を使用することもできる。生じる特性は第8
a図から第8c図までに図示されている。光源2
からの光(第8a図)はフイルタ30(第8b
図)によつて、さらにある程度まで感知器材料7
4(第8c図)によつて透過される。感知器材料
によつてどの位透過されるかは測定量に依存して
おり、測定量は温度、圧力、あるいは磁場あるい
は電場の強さであればよく、測定量の1つの値に
対して透過は第8c図における曲線T1に従い、
別の値に対しては第8c図における曲線T2に従
うだろう。光源1からの光(第8a図)はフイル
タ30(第8b図)によつて反射されてから感知
器材料によつて吸収されるので測定量からはほん
のわずかに作用されるだけである。代替的に、ミ
ラー31はさらに波長を分離するために反射フイ
ルタを備えていてもよい。固定フイルタ30及び
いくつかの可動フイルタ73,74などを使用す
ることにより、いくつかの測定量に関する情報を
同一フアイバ7で伝送することができる。第5g
図においてフイルタ73及び74はいずれも上下
に動き、また第5h図においてはフイルタ73は
x方向に、またフイルタ74はy方向にそれぞれ
動く。可能なフイルタ特性が第9a図から第9d
図までに図示されている。光源1(第9a図)は
実質的にフイルタ30(第9b図)における反射
を与え、一方光源2はフイルタ73(第9c図)
における波長間隔λ〜λ、及びフイルタ74
(第9d図)における波長間隔λ〜λにおけ
る反射を与える。対応する波長間隔におけるフイ
ルタを光検波器に備えることによつて、フイルタ
73及び74の個々の動作をフアイバ7へと反射
された光から得ることができる。
In addition to sensing mechanical motion, filter techniques can also be used to sense changes in the absorption of material 74 in Figure 5f. The resulting characteristic is the 8th
It is illustrated in Figures a through 8c. light source 2
(Fig. 8a) is passed through the filter 30 (Fig. 8b).
To some extent, the sensor material 7
4 (Fig. 8c). How much is transmitted by the sensor material depends on the measurand, which can be temperature, pressure, or the strength of a magnetic or electric field; follows the curve T 1 in Fig. 8c,
For other values it will follow the curve T 2 in FIG. 8c. The light from the light source 1 (FIG. 8a) is reflected by the filter 30 (FIG. 8b) and then absorbed by the sensor material, so that it is only slightly influenced by the measured quantity. Alternatively, mirror 31 may include a reflective filter to further separate wavelengths. By using a fixed filter 30 and several movable filters 73, 74, etc., information regarding several measured quantities can be transmitted over the same fiber 7. 5th g
In the figure, filters 73 and 74 both move up and down, and in Figure 5h, filter 73 moves in the x direction and filter 74 moves in the y direction. Possible filter characteristics are shown in Figures 9a to 9d.
Illustrated in the figures. Light source 1 (FIG. 9a) substantially provides reflection at filter 30 (FIG. 9b), while light source 2 is provided by filter 73 (FIG. 9c).
wavelength interval λ 3 to λ 4 and the filter 74
(Figure 9d) gives the reflection in the wavelength interval λ 45 . By equipping the optical detector with filters in corresponding wavelength intervals, the individual operation of filters 73 and 74 can be obtained from the light reflected into fiber 7.

もし吸収フイルタを使用するなら、第5i図に
よる可動フイルタ30及び固定ミラー31を備え
た構成を使用してもよい。さらに、第5j図には
オプテイツク変調器75を備えた構成が図示され
ており、この反射スペクトルは問題となつている
測定量によつて変化する。
If an absorption filter is used, an arrangement with a movable filter 30 and a fixed mirror 31 according to FIG. 5i may be used. Furthermore, FIG. 5j shows an arrangement with an optical modulator 75, the reflection spectrum of which varies depending on the measured quantity in question.

機械的構成においてより大きな解明度が所望で
ある場合に、変調は相互に関して可動的であり、
フイルタ30の前に置いてある2つのスクリーン
パターン76及び77(第5k図)によつてでき
る。測定量は反射小片を備えたスクリーン77を
吸収小片を備えたスクリーン76に対して動か
す。増加した解明度に加えて改善された比例関係
が光のモード分布のより少ない影響と同様に得ら
れることになる。後者は係数一致媒体78を備え
てフアイバ端に設けられた拡散器すなわちスクリ
ーン77を用いて得ることもできる。フイルタ3
0は77の後方に置いて30からの基準光とミラ
ー31による測定光のいずれもが拡散器/フイル
ター77を必ず貫通するようにする。
The modulations are movable with respect to each other when greater resolution in the mechanical configuration is desired;
This is created by two screen patterns 76 and 77 (FIG. 5k) placed in front of the filter 30. The measured quantity moves the screen 77 with reflective particles relative to the screen 76 with absorbing particles. In addition to increased resolution, improved proportionality will be obtained as well as less influence of the mode distribution of the light. The latter can also be achieved using a diffuser or screen 77 at the fiber end with a coefficient matching medium 78. Filter 3
0 is placed behind 77 to ensure that both the reference light from 30 and the measurement light from mirror 31 pass through diffuser/filter 77.

第10図は2つの光源101及び102を備え
た測定装置を図示しており、これらの光源は光伝
導フアイバ103及び104にそれぞれ異なる波
長分布(それぞれλ及びλにおいて最大値)
をもつ光を放射し、フアイバ105において分岐
されている光は1つになる。フアイバ105から
光の一部はフアイバ106を通つて光検知器11
8に送られ、この光電流は増幅器119によつて
増幅されてから差形成器120に供給される。こ
うして基準電圧121(Vref)と119からの
出力信号との差が形成され、この差は調整器12
2への誤差信号を構成し、調整器は駆動回路12
4を通して発光ダイオード101を調節するかま
たは駆動回路125を通して発光ダイオード10
2を調節するが、これはスイツチ123の位置に
依存している。この調整方法によつてスイツチ1
23が2つの位置の間で発振器117(第10図
を参照せよ)によつて調節される時、発光ダイオ
ード101及び102からの光の強さの間の比を
一定に保つことが確保される。フアイバ105に
よつて、発光ダイオード101及び102からの
光の1部はフアイバ107に通され、さらに適切
な変換器に光が伝導される。この変換器は2つの
レンズ108を備えており、これらのレンズの間
には回転可能な干渉フイルター109が置かれて
いる。フイルタ109を貫通してからフアイバ1
10の中を通つて送り出される光は、フアイバ1
10によつて光検知器111に伝導され、この検
波器の出力信号は増幅器112において増幅され
てからスイツチ123が発光ダイオード101及
び102において切換えるのに従つてスイツチ1
26によつてサンプルホールド回路113及び1
14に交互に供給される。このよにして113の
出力は光伝導体103,105,107,110
及び変換器を通過した後の発光ダイオード101
からの光の強さの値を得ることとなり、また11
4の出力は光伝導体104,105,107,1
10及び変換器を通過した後の発光ダイオード1
02からの光の強さの値を得ることになる。変換
器においてフイルタ109の干渉の角度位置は測
定量によつて影響される。第11図に図示されて
いるように干渉フイルター109のスペクトル透
過曲線165及び光源101及び102の放射曲
線167及び168を選択することによつて、第
10図による角度αの減少は干渉フイルターの透
過曲線を破線曲線166のように波長の長い方へ
と移すことになり、これによつて光源101から
の光の透過は減少し、また光源102からの光の
透過は増加することとなる。この事実は、一方で
はフイルタの回転を表示する測定信号を得るのに
利用され、また他方では光源、フアイバオプテイ
ツク及び検波器の不安定性の補償に対する基準信
号を得るために使用される。差形成器127(第
10図)を用いることによつてサンプルホールド
回路114及び113からの信号の差が概算され
るが、この回路は光源102及び101からそれ
ぞれ発せられる光の信号の値を備えている。この
差は干渉フイルタ109の角度位置に従つて測定
量に大いに依存しているものである。他方、加算
装置128は2つの光源からの光の信号の和を形
成し、さらに1つの光源からの光の透過はもう1
つの光源からの光の透過が減少する時増加し、ま
た逆も成り立つので、干渉フイルタの角度位置が
変化する時、128からの出力信号は測定量にわ
ずかに依存することとなり、またそれゆえ基準信
号として利用することができる。差と和との間に
115における商を形成することによつて、測定
信号が装置116に入力されるがこれはすでに説
明した測定装置における不安定性で補償される。
2つの光源からの光の信号をスイツチ123及び
126とサンプルホールド回路113及び114
を用いて、すなわち時分割多重送信によつて分離
する代わりに、周波数分割多重送信を使用しても
よい。周波数分割多重送信を使用する場合、スイ
ツチ123は2つの発振器に置き替えて異なる周
波数によつて、光源101及び102を変調さ
せ、一方同時にサンプルホールド回路は電気フイ
ルター付き復調器に置き替えて、2つの光源から
の信号を分離して復調させるようにする。
FIG. 10 shows a measuring device with two light sources 101 and 102, which provide respective light-conducting fibers 103 and 104 with different wavelength distributions (maximum at λ 1 and λ 2 , respectively).
The fiber 105 emits light having a wavelength of 100 nm, and the light beams that are split at the fiber 105 become one. A portion of the light from fiber 105 passes through fiber 106 to photodetector 11.
8, this photocurrent is amplified by an amplifier 119 and then supplied to a difference former 120. A difference is thus formed between the reference voltage 121 (V ref ) and the output signal from 119, which difference is
2, the regulator configures the error signal to the drive circuit 12
4 or adjust the light emitting diode 10 through the driving circuit 125.
2, which depends on the position of switch 123. With this adjustment method, switch 1
23 is adjusted by the oscillator 117 (see FIG. 10) between the two positions, it is ensured that the ratio between the light intensities from the light emitting diodes 101 and 102 remains constant. . Fiber 105 allows a portion of the light from light emitting diodes 101 and 102 to pass through fiber 107, which further conducts the light to a suitable converter. The transducer comprises two lenses 108 between which a rotatable interference filter 109 is placed. After passing through the filter 109, the fiber 1
The light transmitted through fiber 1
10 to a photodetector 111, the output signal of which is amplified in an amplifier 112 and then transmitted to a photodetector 111 as a switch 123 switches in light emitting diodes 101 and 102.
Sample and hold circuits 113 and 1 by 26
14 alternately. In this way, the output of 113 is
and the light emitting diode 101 after passing through the converter.
We will get the value of the light intensity from , and 11
The output of 4 is the photoconductor 104, 105, 107, 1
10 and the light emitting diode 1 after passing through the converter
The value of the light intensity from 02 will be obtained. The angular position of the interference of the filter 109 in the transducer is influenced by the measured quantity. By choosing the spectral transmission curve 165 of the interference filter 109 and the radiation curves 167 and 168 of the light sources 101 and 102 as illustrated in FIG. 11, the reduction of the angle α according to FIG. The curve is shifted to longer wavelengths as shown by the dashed curve 166, thereby decreasing the transmission of light from light source 101 and increasing the transmission of light from light source 102. This fact is used, on the one hand, to obtain a measurement signal indicating the rotation of the filter, and on the other hand, to obtain a reference signal for compensation of the instabilities of the light source, fiber optics and detector. The difference between the signals from sample and hold circuits 114 and 113 is estimated by using a difference former 127 (FIG. 10), which circuit comprises the values of the light signals emitted by light sources 102 and 101, respectively. ing. This difference is highly dependent on the measured quantity according to the angular position of the interference filter 109. On the other hand, the summing device 128 forms the sum of the light signals from the two light sources, and also adds the light transmission from one light source to the other.
Since the transmission of light from one light source increases when it decreases and vice versa, when the angular position of the interference filter changes, the output signal from 128 will be slightly dependent on the measurand and hence the reference It can be used as a signal. By forming a quotient at 115 between the difference and the sum, the measuring signal is input to the device 116, which is compensated for the instability in the measuring device already described.
Switches 123 and 126 and sample and hold circuits 113 and 114 transmit light signals from two light sources.
ie, instead of separation using time division multiplexing, frequency division multiplexing may be used. When frequency division multiplexing is used, switch 123 is replaced by two oscillators to modulate light sources 101 and 102 with different frequencies, while at the same time the sample and hold circuit is replaced by an electrically filtered demodulator to modulate light sources 101 and 102 with different frequencies. The signals from two light sources are separated and demodulated.

第12図には、第10図の場合と同じ基本原理
ではあるが多少異なる実施例の測定装置が図示さ
れている。光源として第13図における放射スペ
クトル169に従う幅の広いスペクトル光源、か
あるいは第11図における放射スペクトル167
及び168にそれぞれ従う2つの光源かのいずれ
かを使用する。光源からの光はフアイバ103に
伝導されてフアイバ107を通り、これにより光
は変換器に送られる。干渉フイルター130に加
えて、変換器はフアイバ107の端面とミラー1
31との間にエアギヤツプ108を備えており、
ミラー131は光の一部をフアイバ107及びフ
アイバ110の方へと反射して戻し、ここから光
はフアイバ156及び157へと分岐され、フア
イバはそれぞれフイルタ153及び154に達し
ている。これらの透過曲線は第13図に図示され
ており、ここにおける曲線170はフイルタ15
3に対応しまた曲線171はフイルタ154に対
応する。干渉角度αが減少すると、干渉フイルタ
ーの透過曲線は、透過曲線166によつて図示さ
れているように、波長の長い方へと移動する。こ
のことはさらに少ない光がフイルタ153(曲線
170)によつて透過されること及びさらに多く
の光がフイルタ154(曲線171)によつて透
過されることを意味するが、但し光源は十分なス
ペクトル幅を有するものであるとする。このよう
に、基準信号は検知器111及び151からの検
知器信号をそれぞれ増幅する検知器増幅器112
及び152からの出力信号の和から直接得ること
ができる。この基準信号は加算装置128におい
て形成され、その出力信号は差形成器120にお
いて基準信号Vref(121からの)と比較され
る。差形成器120は調整器122に接続されて
いて、調整器は駆動回路124によつて光源10
1を調整して128からの出力信号をVrefに等
しく保つようにする。測定信号は差形成器127
から得られて記録すなわち指示装置116に供給
される。
FIG. 12 shows a measuring device based on the same basic principle as in FIG. 10, but with a slightly different embodiment. As a light source, a broad spectrum light source according to the radiation spectrum 169 in FIG. 13 or a radiation spectrum 167 in FIG.
and 168, respectively. Light from the light source is conducted into fiber 103 and through fiber 107, which sends the light to the converter. In addition to the interference filter 130, the transducer connects the end face of the fiber 107 and the mirror 1
An air gap 108 is provided between the
Mirror 131 reflects a portion of the light back toward fiber 107 and fiber 110, from where the light is split into fibers 156 and 157, which reach filters 153 and 154, respectively. These transmission curves are illustrated in FIG.
3 and curve 171 corresponds to filter 154. As the interference angle α decreases, the transmission curve of the interference filter moves toward longer wavelengths, as illustrated by transmission curve 166. This means that even less light is transmitted by filter 153 (curve 170) and more light is transmitted by filter 154 (curve 171), provided that the light source has a sufficient spectrum. Assume that it has a width. Thus, the reference signal is transmitted to detector amplifier 112 which amplifies the detector signals from detectors 111 and 151, respectively.
and 152 directly. This reference signal is formed in a summing device 128, the output signal of which is compared in a difference former 120 with a reference signal V ref (from 121). The difference former 120 is connected to a regulator 122 which is connected to the light source 10 by a drive circuit 124.
1 to keep the output signal from 128 equal to Vref . The measurement signal is sent to the difference former 127
and is provided to a recording or indicating device 116.

第10図及び第12図において説明した測定装
置は機械的角度動作に変換可能なほとんどの物理
量を測定するのに使用できる。光変調干渉フイル
ターはしたがつて再生可能回転動作を得ることが
できるように取り付ける。これは例えば、センタ
ーポイントベアリング、ねじり懸垂、曲げ懸垂あ
るいはバツクル懸垂によつてなされる。しかしな
がら、第11図、及び第13図において説明した
干渉フイルターのスペクトル透過曲線の移動はフ
イルタを回転させるのとは異なる方法でなされ
る。このように、もし干渉フイルターを構成して
いる干渉層におけるオプテイカル波長が移動され
る方向にフイルタによつて変化するならば、フイ
ルタ172の移動々作がすでに説明した事に従つ
て(両方向矢印を見よ)どのようにして光の変調
を与えることができるかが第14a図に図示され
ている。機械的応力を干渉層に導入することによ
つて前記オプテイカル波長に影響を及ぼすことも
可能である。応力は第14b図に従つて直接本体
174に印加し、本体は測定されるべき力Fを受
ける。干渉フイルターはこの時伸び変換器として
動作することとなる。さらに、第14c図におけ
るフイルタ173は周囲圧力及び周囲温度を前記
オプテイカル波長のこれらの物理量への依存によ
つて感知することができる。
The measuring device described in FIGS. 10 and 12 can be used to measure most physical quantities that can be converted into mechanical angular motion. The light modulation interference filter is therefore mounted in such a way that a reproducible rotational motion can be obtained. This is done, for example, by center point bearings, torsional suspension, bending suspension or buckle suspension. However, shifting the spectral transmission curve of the interference filter described in FIGS. 11 and 13 is done in a different way than rotating the filter. Thus, if the optical wavelength in the interference layer constituting the interference filter is varied by the filter in the direction in which it is moved, then the movement of the filter 172 is as described above (see the double-headed arrow). (see) How light modulation can be provided is illustrated in Figure 14a. It is also possible to influence the optical wavelength by introducing mechanical stress into the interference layer. The stress is applied directly to the body 174 according to FIG. 14b, and the body is subjected to the force F to be measured. The interference filter will then operate as an elongation transducer. Furthermore, the filter 173 in FIG. 14c is capable of sensing ambient pressure and ambient temperature by the dependence of the optical wavelength on these physical quantities.

最後に、第15図は干渉フイルタの反射スペク
トルが第10図及び第12図において述べたのと
同じ種類の光変調を得るためにどのように使用で
きるかが図示されている。フアイバ107(第1
0図を見よ)からの光はフイルタ109によつて
フアイバ110の方へ反射され、これによつて反
射光のスペクトル分布を角度αを変えることによ
つて移動することができる。
Finally, FIG. 15 illustrates how the reflection spectrum of an interference filter can be used to obtain the same type of light modulation as described in FIGS. 10 and 12. Fiber 107 (first
0) is reflected by filter 109 towards fiber 110, whereby the spectral distribution of the reflected light can be shifted by changing the angle α.

しかしながら、反射のスペクトルを使用するこ
とは、前述のスペクトルの変調に加えて、フアイ
バ107及び110の間の結合の変調が同様に得
られるという困難を含んでいる。このことをある
程度まで克服するために、小さな直径で光を内へ
伝導するフアイバ107と大きな直径及び大きな
数の口径を備えて光を外へ伝導するフアイバ11
0の使用が第15図に図示されている。もしフア
イバ110を立方体のかどをもつ反射器に置き替
えるならば、代替的に、フアイバ107を大きな
直径のフアイバに置き替えることができる。この
ことによつてフアイバ107は光を外へも内へも
伝導するようになる。
However, using the reflection spectrum involves the difficulty that in addition to the aforementioned spectral modulation, a modulation of the coupling between fibers 107 and 110 is also obtained. To overcome this to some extent, the fibers 107 have a small diameter to conduct the light inward and the fibers 11 have a large diameter and a large number of apertures to conduct the light out.
The use of 0 is illustrated in FIG. Alternatively, fiber 107 can be replaced with a larger diameter fiber if fiber 110 is replaced with a cube-cornered reflector. This allows fiber 107 to conduct light both outward and inward.

上述の装置は特許請求の範囲の範囲内において
多くの方法で変化を加えることが可能である。
The device described above can be varied in many ways within the scope of the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は2つの光源を備えた測定装置を示した
図である。第1a図は電子ユニツト側のフアイバ
端を示した図であり、第1b図は温度安定化測定
装置を示した図である。第2図は周波数多重送信
安定化による測定装置を示した図である。第3図
は光を光検知器におけるフイルターの2つの波長
領域に分割する測定装置を示した図である。第4
図は光源の電子的一致安定化による測定装置を示
した図である。第4a図及び第4b図は光検波器
における2つの異なるフイルター構成を示した図
である。第5a図〜第5l図は感知器構成の種々
の例を示した図である。第6a図〜第6d図、第
7a図〜第7c図、第8a図、第8c図及び第9
a図〜第9d図はさまざまなフイルタ及び光変調
器が使用された時のさまざまなスペクトル分布に
おける曲線を示した図である。第10図は2つの
光源及び回転可能干渉フイルターを備えた別の測
定装置を示した図である。第11図は第10図の
測定装置における光源の放射曲線及びフイルタの
透過曲線を示した図である。第12図は第10図
の別の実施例を示した図であり、第13図は第1
2図の測定装置における光源の放射曲線及びフイ
ルタの透過曲線を示した図である。第14a図〜
第14c図は第11図または第12図の測定装置
におけるさまざまなフイルタ配列を示した図であ
る。第15図は第10図及び第12図における反
射スペクトルを利用するときのフアイバ構成を示
した図である。 参照符号の説明、E…電子ユニツト、G…変換
器、1,2…光源、5,7…オプテイカルフアイ
バ、9…オプテイカルフイルタ、11,18…光
検知器、12…増幅器、15…商形成器、27,
28…オプテイカルフイルタ、30…オプテイカ
ル変調器、31…ミラー、39…調節可能増幅
器、42,43…直列接続増幅器、45,46…
フイルタ、73…フイルタ、109…回転可能干
渉フイルタ、131…ミラー。
FIG. 1 shows a measuring device with two light sources. FIG. 1a shows the fiber end on the electronic unit side, and FIG. 1b shows the temperature stabilization measuring device. FIG. 2 is a diagram showing a measuring device using frequency division multiplex transmission stabilization. FIG. 3 shows a measuring device that divides light into two wavelength regions of a filter in a photodetector. Fourth
The figure shows a measuring device with electronic coincidence stabilization of the light source. Figures 4a and 4b illustrate two different filter configurations in a photodetector. Figures 5a to 5l are diagrams showing various examples of sensor configurations. Figures 6a to 6d, Figures 7a to 7c, Figures 8a, 8c, and 9
Figures a through 9d show curves for various spectral distributions when various filters and optical modulators are used. FIG. 10 shows another measuring device with two light sources and a rotatable interference filter. FIG. 11 is a diagram showing the radiation curve of the light source and the transmission curve of the filter in the measuring device of FIG. 10. FIG. 12 is a diagram showing another embodiment of FIG. 10, and FIG. 13 is a diagram showing another embodiment of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a radiation curve of a light source and a transmission curve of a filter in the measuring device of FIG. 2; Figure 14a~
FIG. 14c shows various filter arrangements in the measuring device of FIG. 11 or 12. FIG. 15 is a diagram showing a fiber configuration when the reflection spectra in FIGS. 10 and 12 are used. Explanation of reference symbols, E...electronic unit, G...converter, 1, 2...light source, 5, 7...optical fiber, 9...optical filter, 11, 18...photodetector, 12...amplifier, 15...component Formator, 27,
28... Optical filter, 30... Optical modulator, 31... Mirror, 39... Adjustable amplifier, 42, 43... Series connected amplifier, 45, 46...
Filter, 73... Filter, 109... Rotatable interference filter, 131... Mirror.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 電子回路手段Eと、変換器Gと、少なくとも
1つのオプテイカルフアイバとを有する、位置、
速度、加速度、力、圧力、伸び、温度などの物理
量を測定するオプテイカル測定装置であつて、前
記電子回路手段は、光を出射する少なくとも1つ
の光源と、測定信号を処理する手段とを有し、前
記出射された光を受ける前記変換器には、測定さ
れる物理量によつて直接にかあるいは間接に作用
を受ける光変調手段が備えられていて、これによ
つて前記受光された光が変調されるようになつて
おり、前記オプテイカルフアイバは、前記少なく
とも1つの光源と、前記変換器との間に光を伝導
し、前記光変調手段は前記少なくとも1つの光源
によつて出射された光のスペクトル内において、
そのスペクトルが変化する吸収特性、透過特性、
および反射特性、またはそのいずれかを有する少
なくとも1つのオプテイカルフイルタ9を有し、
該フイルタは、前記変換器から出射された光の中
にあつて、フアイバオプテイツクの変化を補償す
るために、1つの波長領域内に、少なくとも1つ
の安定化信号を、また異なる他の波長領域内に、
少なくとも1つの測定信号を、発生するようにな
つており、当該安定化信号は、当該測定信号より
も測定される物理量に依存しにくいようになつて
いることを特徴とするオプテイカル測定装置。 2 特許請求の範囲第1項において、前記フイル
タ9は干渉フイルタを備えていることを特徴とす
るオプテイカル測定装置。 3 特許請求の範囲第2項において、前記フイル
タは測定されるべき物理量によつて直接にかある
いは間接に作用され、また前記物理量の作用に基
づいて、前記変換器の中の光を変調し、前記物理
量は前記干渉フイルタを構成している干渉層にお
ける光の光学距離に作用するようになつているこ
とを特徴とするオプテイカル測定装置。 4 特許請求の範囲第2項において、前記変換器
における少なくとも1つのフアイバ端には前記干
渉フイルタ73が備えられているとしたことを特
徴とするオプテイカル測定装置。 5 特許請求の範囲第1項において、前記変換器
は少なくとも1つのフアイバ端7を有し、前記光
変調手段は、前記変換器におけるビーム通路に置
かれた少なくとも1つのミラー31、少なくとも
1つのスクリーンパターン、および少なくとも1
つの拡散板、またはそのいずれかを備えており、
前記物理量の変化は前記フアイバ端、前記ミラ
ー、前記スクリーン、前記拡散板、および前記フ
イルタの間の、またはそれらのいずれかの間の相
対的な動きを起こすようになつていることを特徴
とするオプテイカル測定装置。 6 特許請求の範囲第1項において、前記光変調
手段は前記変換器におけるビームの通路に置かれ
た光変調器を有し、前記物理量の変化は、等該光
変調器30の反射作用、吸収作用、および透過作
用、またはそのいずれかに変化を生じるようにな
つていることを特徴とするオプテイカル測定装
置。 7 特許請求の範囲第1項から第6項までのいず
れかにおいて、前記少なくとも1つの光源は、少
なくとも1つの発光ダイオード、レーザダイオー
ド、および他の光源手段、またはそのいずれかを
有し、前記フイルタの透過特性、吸収特性、およ
び反射特性、またはそのいずれかは前記光スペク
トルの異なる部分において異なつており、前記変
換器から送出された光は少なくとも1つの発光ダ
イオード11,18へ通じているとしたことを特
徴としたオプテイカル測定装置。 8 特許請求の範囲第1項において、前記電子回
路手段に含まれている前記少なくとも1つの光
源、及び光検波器、またはそのいずれかにはオプ
テイカルフイルタ27,28が備えられていると
したことを特徴としたオプテイカル測定装置。 9 特許請求の範囲第7項において、少なくとも
2つの光源があり、当該少なくとも2つの光源は
時分割多重送信されるかあるいは周波数分割多重
送信されるとしたこと、及び前記電子回路手段
は、前記変換器から出射された光の光源に関して
多重分離する電子装置を備えた検知回路を備えて
いることを特徴とするオプテイカル測定装置。 10 特許請求の範囲第7項において、前記光源
の光の強さは、前記光源に接続されている少なく
とも1つの調整器39,43を調整する少なくと
も1つの検知器18への別々の光の帰還によつ
て、一定に保持されるようになつていることを特
徴とするオプテイカル測定装置。 11 特許請求の範囲第3項において前記光学距
離は、前記干渉フイルタ109を回転させること
によつて変るようになつていること、または前記
光学距離は前記干渉フイルタの異なる部分におい
て異なつていること、及びこのフイルタは前記変
換器におけるビーム通路に直角に移動可能になつ
ていること、または前記オプテイカル波長は前記
干渉層における機械的応力によつて変ること、ま
たは前記オプテイカル波長は前記干渉フイルタの
温度によつて変るようになつていることを特徴と
するオプテイカル測定装置。 12 特許請求の範囲第3項において、前記電子
回路手段は、前記干渉フイルタの透過あるいは反
射特性を、前記少なくとも2つの、等しくない波
長領域において、測定する装置を備えていること
を特徴とするオプテイカル測定装置。 13 特許請求の範囲第12項において、前記波
長領域は少なくとも部分的に前記干渉フイルタの
スペクトル透過ピークあるいは反射ピークに該当
すること、及び前記波長領域は前記ピークの最大
値のいずれかの片側に位置することを特徴とする
オプテイカル測定装置。 14 特許請求の範囲第12項において、前記透
過あるいは反射特性の値の差は、測定信号しとて
利用され、また前記値の和は安定化信号として利
用されることを特徴とするオプテイカル測定装
置。 15 特許請求の範囲第9項あるいは第14項に
おいて、前記検知回路に入力する信号は商形成器
15に供給されるようになつているオプテイカル
測定装置。 16 特許請求の範囲第9項あるいは第14項に
おいて、前記検知回路に入力する信号の1つは、
前記少なくとも1つの光源、及び検波器増幅器、
またはそのいずれかを調整する調整器に供給され
ることを特徴とするオプテイカル測定装置。 17 特許請求の範囲第1項または第7項におい
て前記電子回路手段は少なくとも2つの前記光検
波器を整合させる手段を備えており、該整合手段
は特定の変調周波数の光を、前記光検知器に
一定の割合で供給し、さらにこの変調周波数に関
して前記検知器信号の差信号を形成することによ
つて、さらに復調の後、調整器によつて前記検知
器の1つの後に調整可能な増幅器42,12を調
整して前記差がゼロとなるように調整するように
なつていることを特徴とするオプテイカル測定装
置。 18 特許請求の範囲第1項または第7項におい
て、前記光源は温度安定化されているとしたこと
を特徴とするオプテイカル測定装置。
Claims: 1. A position comprising electronic circuit means E, a transducer G and at least one optical fiber;
An optical measuring device for measuring physical quantities such as velocity, acceleration, force, pressure, elongation, temperature, etc., wherein the electronic circuit means has at least one light source that emits light and means for processing a measurement signal. , the converter that receives the emitted light is equipped with a light modulation means that is acted upon directly or indirectly by the physical quantity to be measured, whereby the received light is modulated. the optical fiber is adapted to conduct light between the at least one light source and the converter, and the light modulating means is adapted to conduct light emitted by the at least one light source. Within the spectrum of
Absorption characteristics, transmission characteristics, whose spectra change,
and at least one optical filter 9 having reflective properties or any of the above,
The filter provides at least one stabilizing signal in one wavelength range and in another different wavelength range to compensate for changes in fiber optics in the light output from the converter. Inside,
Optical measuring device, characterized in that it is adapted to generate at least one measuring signal, the stabilizing signal being less dependent on the physical quantity to be measured than the measuring signal. 2. The optical measuring device according to claim 1, wherein the filter 9 includes an interference filter. 3. According to claim 2, the filter is actuated directly or indirectly by the physical quantity to be measured, and modulates the light in the converter based on the effect of the physical quantity, An optical measuring device characterized in that the physical quantity acts on an optical distance of light in an interference layer constituting the interference filter. 4. The optical measuring device according to claim 2, wherein at least one fiber end of the converter is provided with the interference filter 73. 5. According to claim 1, the transducer has at least one fiber end 7, and the light modulation means include at least one mirror 31, at least one screen, placed in the beam path in the transducer. pattern, and at least one
one or more diffusers;
The change in the physical quantity is adapted to cause a relative movement between the fiber end, the mirror, the screen, the diffuser, and/or any of them. Optical measurement equipment. 6. In claim 1, the light modulation means includes a light modulator placed in the path of the beam in the converter, and the change in the physical quantity is caused by reflection action, absorption, etc. of the light modulator 30. An optical measuring device characterized in that it is adapted to produce a change in action and/or transmission action. 7. In any one of claims 1 to 6, the at least one light source includes at least one light emitting diode, a laser diode, and/or other light source means, and the filter the transmission, absorption and/or reflection properties of the transducer are different in different parts of the light spectrum, and the light emitted from the transducer is directed to at least one light emitting diode 11, 18. An optical measuring device characterized by: 8. In claim 1, the at least one light source and/or a photodetector included in the electronic circuit means is provided with optical filters 27 and 28. An optical measuring device featuring: 9. Claim 7 provides that there are at least two light sources, that the at least two light sources are time-division multiplexed or frequency-division multiplexed, and that the electronic circuit means 1. An optical measurement device comprising a detection circuit equipped with an electronic device for demultiplexing light sources emitted from a device. 10. According to claim 7, the light intensity of the light source is adjusted by a separate light return to at least one detector 18 adjusting at least one regulator 39, 43 connected to the light source. An optical measuring device characterized in that it is maintained constant by 11. In claim 3, the optical distance is changed by rotating the interference filter 109, or the optical distance is different in different parts of the interference filter, and the filter is movable perpendicular to the beam path in the transducer, or the optical wavelength is varied by mechanical stress in the interference layer, or the optical wavelength is dependent on the temperature of the interference filter. An optical measuring device characterized by being designed to change as it twists. 12. The optical device according to claim 3, wherein the electronic circuit means includes a device for measuring transmission or reflection characteristics of the interference filter in the at least two unequal wavelength regions. measuring device. 13. In claim 12, the wavelength range corresponds at least in part to a spectral transmission peak or reflection peak of the interference filter, and the wavelength range is located on either side of the maximum value of the peak. An optical measuring device characterized by: 14. The optical measuring device according to claim 12, characterized in that the difference between the values of the transmission or reflection characteristics is used as a measurement signal, and the sum of the values is used as a stabilization signal. . 15. The optical measuring device according to claim 9 or 14, wherein the signal input to the detection circuit is supplied to a quotient generator 15. 16 In claim 9 or 14, one of the signals input to the detection circuit is:
the at least one light source and a detector amplifier;
or an optical measuring device that is supplied to a regulator that adjusts any of the above. 17 In claim 1 or 7, the electronic circuit means includes means for matching at least two of the photodetectors, and the matching means matches the light of a specific modulation frequency 2 to the photodetector. an adjustable amplifier after one of said detectors by means of a regulator, further after demodulation, by supplying a constant rate to a detector and forming a difference signal of said detector signals with respect to this modulation frequency; 42 and 12 so that the difference becomes zero. 18. The optical measuring device according to claim 1 or 7, wherein the light source is temperature stabilized.
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